0 前言
柴达木盆地西北部（简称柴西北）上干柴沟组（N1）是咸化湖盆细粒混积岩非常规油气勘探的重点领域，但受限于咸化湖盆混积岩粒度小、相变快、岩性复杂的特征，目前仍存在一些基础沉积学问题亟待解决：①N1沉积地层的持续时间不清。研究者们对柴达木盆地新生代地层的沉积时限争议较大，从60~30 Ma不等[15-16]。②上干柴沟组的沉积速率不明。由于沉积时限不清，导致沉积速率问题悬而未决，进而影响了对不同岩相的沉积机制的认识，乃至对上干柴沟组的沉积机理缺乏清晰认识，制约了进一步的勘探。本次研究借助旋回地层学手段，建立浮动天文年代标尺，厘清柴西北上干柴沟组的沉积时限和沉积速率，以期为柴达木盆地沉积学研究和油气勘探提供一些新的认识。
1 区域地质概况
柴达木盆地位于青藏高原东北部，海拔2 600~3 000 m，总面积约为12×104 km2。盆地南缘为昆仑山，北缘为祁连山，西侧为阿尔金山，平面上呈西宽东窄的不规则菱形。柴达木盆地由3个一级构造单元构成，分别为西部坳陷、北缘断块带、三湖坳陷[17]。西部坳陷保存了新生代以来较为完整的陆相湖盆沉积地层（图1a），自下而上依次为古近系路乐河组（E1+2）、下干柴沟组（分为下段 E31 和上段 E32），新近系上干柴沟组（N1）、下油砂山组（N21）、上油砂山组（N22）、狮子沟组（N23）和第四系七个泉组（Q1+2）。受喜马拉雅运动及干旱古气候的控制，湖盆经历了完整的湖进—湖退过程[18]。目的层上干柴沟组（N1）发育在湖盆由扩张转为收缩的背景下，以浅湖—半深湖相碳酸盐岩和碎屑岩混积为主（图1b）。
2 天文旋回与沉积速率
沉积物的古气候代理指标，包括深度等级、颜色、自然伽马和阵列侧向电阻率等，记录了米兰科维奇旋回[20]。本次研究基于柴西北2口无沉积间断的钻井（WHT1井和WLD1井）的GR测井资料，使用Acycle软件对上干柴沟组进行旋回地层学分析，结合岩心资料探究天文旋回、沉积速率及岩相响应特征。
2.1 天文旋回识别
2.2 沉积速率计算
本次研究所述的沉积速率分为两种：一种为地层最佳整体沉积速率，另一种为每个长偏心率周期内部的平均速率。
地层最佳整体沉积速率可利用相关系数法（correlation coefficient，COCO）计算。通过对频谱分析识别到的所有显著旋回信号峰值进行分析，该方法可在Acycle中的COCO模块完成计算[21]。相关系数法计算采用Pearson方法，将实验沉积速率范围设置为1~40 cm/ka，实验间隔设置为0.1 cm/ka，蒙特卡洛迭代次数设置为2 000次，尼奎斯特频率（Nyquist frequency）设置为5，去除鲁棒红噪声模型。
要获得长偏心率周期内部的平均速率，须识别长偏心率周期，通过对高斯滤波后的数据进行长偏心率周期调谐而实现。该方法可在Acycle中的age model模块完成[19]。结果显示，柴西北WHT1井上干柴沟组在18.6 cm/ka和20.1 cm/ka的沉积速率相关系数最高，零假设显著性最低（图4a），可能是WHT1井上干柴沟组在米兰科维奇旋回控制下的地层最佳整体沉积速率。采用同样的方法获得WLD1井上干柴沟组的地层最佳整体沉积速率为19.1~21.8 cm/ka（图4b）。WHT1井和WLD1井的上干柴沟组长偏心率周期内部的平均速率分别为15.16~20.43 cm/ka（图4c）和18.02~21.05 cm/ka（图4d），均呈先升后降的变化趋势。
2.3 沉积速率与岩相响应
柴西北N1时期处于浅湖—半深湖相带（图1a），主要发育以泥晶碳酸盐和泥质为主的混积岩，含少量石英碎屑。本次研究利用综合预测误差滤波分析（INPEFA）技术重建了两口钻井反映的湖平面波动趋势。INPEFA方法是基于地层学和古气候学理论，利用地球物理测井数据（本文采用自然伽马曲线）识别天文轨道周期信号的方法[22-23]。其原理是通过最大熵谱分析（MESA）提取气候驱动的沉积旋回信号，再经预测滤波误差分析，即采用响应测井曲线的真实值（RV）减去MESA，以获得预测滤波误差值（PEFA），对PEFA曲线进行积分处理即获得合成预测误差滤波分析曲线（INPEFA曲线）。该曲线的趋势和拐点反映了沉积相变化和关键地层界面：INPEFA曲线值从左向右增加为正趋势，指示向上变细序列，反映海侵或湖侵；反之为负趋势，指示向上变粗序列，反映海退或湖退；由正向负的拐点指示海泛面或湖泛面，由负向正的拐点指示层序界面。
这也反映了岩相受天文旋回的调控较弱，而受沉积速率的控制更强。高沉积速率段对应湖退期，可容纳空间下降，远距离搬运而来的物源减少，主要发育纹层状灰质白云岩（图5c）；亮纹层主要为石英颗粒，暗纹层由泥质和泥晶方解石、白云石构成，可见大量蒸发盐颗粒（图5d）；TOC值较高，普遍处于0.5%~1.5%区间内。而低沉积速率段的湖平面相对较高，可容纳空间增大，物源搬运距离缩短、供给增加，主要沉积块状含白云石泥质—粉砂质灰岩和灰质粉砂岩（图5e，5f）；石英颗粒呈两种排布方式，一种呈弱纹层状排列，主要分布在泥质含量较高的层段（图5g），另一种呈杂乱分布，结构成熟度低，主要分布在碳酸盐含量较高的层段（图5h）；TOC值普遍低于0.5%。
3 沉积速率的控制因素
3.1 构造背景控制地层整体的高沉积速率
通过沉积速率分析，明确了柴达木盆地上干柴沟组沉积速率集中在19~21 cm/ka，这一速率即使在考虑地层压实的情况下，也高于国内其他陆相湖盆地层的富有机质层段的沉积速率（图6）。松辽盆地青山口组一段发育了一套黑/灰色泥岩夹灰色粉砂岩及介形虫灰岩的岩石组合，地层压实率约为9%~15%，不同学者报道的沉积速率介于8.5~10 cm/ka[25-26]。同样发育在松辽盆地的登娄库组二段以砂质泥岩为主，地层压实率约为8%~12%，沉积速率约为16.2 cm/ka[27]。鄂尔多斯盆地延长组七段是我国重要的页岩油甜点段，发育一套以富有机质页岩、暗色泥岩夹薄层状粉—细砂岩为主的泥页岩层系，地层压实率约为15%~22%，沉积速率约为2.61 cm/ka[28]。珠江口盆地文昌组、恩平组和珠海组总体发育一套黑色泥页岩和粉砂岩互层的沉积，好烃源岩的沉积速率变化较大，地层压实率约为8%~18%，文昌组的沉积速率介于8.50~14.00 cm/ka，恩平组的沉积速率介于8.00~15.50 cm/ka，珠海组的沉积速率介于7.50~12.50 cm/ka[29]。渤海湾盆地沙河街组三段下亚段发育一套深灰色—灰褐色的深湖—半深湖相富有机质纹层状、层状泥页岩、灰质泥页岩沉积，地层压实率约为14%~20%，沉积速率介于7.85~8.66 cm/ka[30]。相较于上述湖相泥页岩，柴达木盆地上干柴沟组的地层压实率约为8%~20%，在压实率相差不大的情况下沉积速率明显更高，这可能与青藏高原独特的构造背景有关。
柴达木盆地是青藏高原东北缘最大的沉积盆地，青藏高原形成过程中的剧烈构造活动（主要为碰撞挤压，图7）导致了盆地内地壳缩短、加厚[31-32]。沉积学和磁性地层学研究也证实了柴达木盆地在14.7 Ma、8.1 Ma和3.6 Ma时发生了明显的沉积速率增大现象，认为其与该时期的高原加速隆升有关[33]。而在青藏高原东北缘的一系列盆地中，也发现了类似的构造活动特征。大部分盆地的形成时间集中在晚渐新世—早中新世，并在中中新世发生了明显的构造变形。寺口子盆地和临夏盆地约形成于29 Ma[34-35]，共和盆地约形成于22 Ma[36]，贵德和西宁盆地约在21 Ma被隆起的拉脊山分隔[37]。西宁盆地在17 Ma时发生了非常强烈的构造活动[38]。积石山在16~11 Ma发生显著隆升，而在16 Ma之前，临夏盆地和循化盆地是统一的[39]。
3.2 气候交替塑造沉积速率振荡变化
基于黏土矿物、孢粉、元素及碳氧同位素分析结果，研究者们普遍认可柴达木盆地在中新世处于温暖潮湿气候的大背景下[42-45]。利用高分辨率的元素测井资料可以开展详细的气候变化研究。WHT1井元素测井结果显示：方解石含量最高可达60.0%，平均含量为15.4%；白云石含量最高为56.4%，平均含量为22.3%；石英含量最高为52.0%，平均含量为25.6%。它们的含量变化呈良好的负相关性（图5a），与气候变化的匹配度较高。高碳酸盐矿物含量通常出现在高沉积速率段，与低水位期相对应，表明干旱气候背景下自生沉积作用增强，外源沉积物的输入减少；高石英含量通常出现在低沉积速率段，与高水位期相对应，表明湿润气候背景下自生沉积作用减弱，外源沉积物的输入增加。这意味着湖平面的上升可能源于更多陆源淡水的补给。
结合前文沉积速率与岩相发育的相关性，可以建立不同气候条件下的沉积模式（图8）。湿润气候背景下（图8a），大量降水携带陆源碎屑汇入湖盆，湖平面上升，湖盆表层水体淡化，导致营养盐相对贫化，盐度咸化边界向湖盆中心收缩，微生物活动衰微。降水结束后，浅湖—半深湖区的自生的生物或化学沉积（即碳酸盐沉积）少，湖盆整体以粉砂和泥质沉积为主。前文提及的两种石英颗粒分布方式可以反映沉积区距离物源的远近，弱纹层状排列的石英可能更靠近湖盆中心，而杂乱分布的则更靠近物源。干旱气候背景下（图8b），陆源碎屑输入减少，湖盆整体咸化，微生物活动繁盛，自生沉积物占主导地位。微生物活动带来了高古生产力，高沉积速率使得有机质被快速埋藏，这也解释了为何纹层状灰质白云岩中的TOC更高。
4 结论
（1）在柴西北上干柴沟组识别出了长偏心率、短偏心率、斜率、岁差等米兰科维奇旋回，并建立了浮动天文年代标尺，明确了上干柴沟组的沉积时限约为4 Ma。
（2）柴西北上干柴沟组沉积速率较高，与湖平面波动和岩相具有较好的相关性。高沉积速率段对应低水位期，主要发育富有机质的纹层状灰质白云岩；低沉积速率段对应高水位期，主要发育块状含白云石泥质—粉砂质灰岩和灰质粉砂岩。
（3）喜马拉雅期持续造山的构造背景控制了柴西北上干柴沟组整体处于较高的沉积速率，短期气候交替塑造了沉积速率的振荡变化。
